KR20180128655A - The method of monitoring unbalance of a rotating machinery and unbalence monitoring system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for monitoring unbalance of a rotating machine and a device for the same. According to the present invention, the method for monitoring unbalance of a rotating machine includes: a step of outputting displacement on a time axis by receiving an acceleration signal of a bearing housing measured by an acceleration sensor mounted in a bearing housing and performing integration on the acceleration signal; a step of outputting a foundation 1X displacement value having an amplitude and a phase in a synchronizing frequency corresponding to a multiple of a rotation frequency by synchronizing the displacement on the time axis to the rotation frequency of a rotor and applying high-speed Fourier transform; a step of extracting a model parameter comprising a mass matrix, a stiffness matrix, and a damping matrix based on a physical model of the rotor, a bearing, and a foundation, from the rotating machine; and a step of calculating the unbalance of a rotating machine by the rotation speed of the rotor and the unbalance on a balancing surface by foundation 1X displacement measured and the unbalance of the rotating machine comprising a dynamic stiffness matrix of the rotor, the dynamic stiffness matrix of the bearing, and the dynamic stiffness matrixes of the foundation by the model parameter. Therefore, the method for monitoring unbalance of a rotating machine can estimate the initial unbalance of the rotor for a balancing work before operation of the rotating machine or can monitor the amount of change to the unbalance generated due to the separation of a blade or erosion of an impeller during the operation.

Description

회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치{The method of monitoring unbalance of a rotating machinery and unbalence monitoring system}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of monitoring an unbalance of a rotating machine,

본 발명은 회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 베어링 하우징에 장착한 가속도센서로부터 측정한 베어링 하우징의 가속도신호를 수신받아 가속도신호를 적분처리하여 시간축상의 변위량을 출력하고, 시간축상의 변위량을 로터의 회전주파수에 동기시켜 고속 푸리에 변환하여 로터의 회전주파수의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 측정된 파운데이션 1X 변위값을 출력하고, 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델에 기반하여 질량행렬, 강성행렬, 감쇠행렬로 구성된 모델 파라미터를 추출하고, 모델 파라미터에 의해 로터의 동적강성행렬과 베어링의 동적강성행렬 및 파운데이션의 동적강성행렬들로 구성된 회전기기의 불평형력과 파운데이션 1X 변위값에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과 로터 회전속도에 의해 회전기기의 불평형량을 산출하여 회전기기의 운동 전 밸런싱 작업을 위한 로터의 초기불평형을 추정하거나 운전 중 임펠러의 침식이나 블레이드의 탈락 등에 의해 발생되는 불평형량의 변화량을 실시간으로 감시할 수 있는 회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a method and apparatus for monitoring the unbalance of a rotating machine, and more particularly, to a method and apparatus for monitoring an unbalance of a rotating machine by receiving an acceleration signal of a bearing housing measured from an acceleration sensor mounted on a bearing housing, integrating the acceleration signal, The displacement amount is subjected to a fast Fourier transform by synchronizing with the rotation frequency of the rotor to output a measured Foundation 1X displacement value having an amplitude and phase at a synchronous frequency corresponding to one times the rotation frequency of the rotor, A model parameter consisting of a mass matrix, a stiffness matrix, and a damping matrix is extracted based on the physical model of the rotor, and the model parameter is used to calculate the dynamic stiffness matrix of the rotor, the dynamic stiffness matrix of the bearing, Unbalance in balancing plane by force and foundation 1X displacement value The unbalance amount of the rotating device is calculated by the rotation speed of the rotor and the initial unbalance of the rotor for the balancing operation before the rotation of the rotating device is estimated or the variation amount of the unbalance caused by the erosion of the impeller or dropping of the blade during operation is measured in real time And more particularly, to an unbalance monitoring method and apparatus for a rotating machine that can be monitored.

일반적으로 펌프나 터빈과 같은 회전기기는 도 1에 도시된 바와 같이, 로터축(2)에 회전블레이드가 장착된 로터(1)와, 로터축(2) 양측에 로터축(2)을 회전가능하게 파운데이션(5)에 지지되는 베어링(3)이 장착된 베어링 하우징(4)으로 구성된다.1, a rotating device such as a pump or a turbine includes a rotor 1 in which a rotor blade 2 is mounted on a rotor shaft 2 and a rotor 1 in which a rotor shaft 2 is rotatably mounted on both sides of the rotor shaft 2 And a bearing housing (4) to which a bearing (3) supported by a foundation (5) is mounted.

이와 같은 회전기기의 로터(1)는 제조 공정상의 오차 등에 의한 편심질량에 의해 기하학적 회전중심과 무게중심이 불일치하는 불평형량이 필연적으로 수반되며, 회전중심과 무게중심의 불일치한 채로 로터(1)가 회전하게 되면, 그 회전중심이 공전(公轉) 즉, 훨링(whirling)한다. 이에 따라, 로터(1)는 내부진동, 특히 회전반경방향으로의 내부진동이 발생하게 된다.In such a rotor 1 of the rotating machine, the unbalance amount in which the geometric center of rotation and the center of gravity of the rotor 1 are discordant due to the eccentric mass due to an error in the manufacturing process or the like necessarily comes inevitably, and the rotor 1 When it rotates, its center of rotation is revolving, that is, whirling. Accordingly, the internal vibration of the rotor 1, particularly the internal vibration in the rotation radial direction, is generated.

상기와 같이, 로터(1)의 불평형량은 회전속도의 제곱에 비례하는 불평형력이 발생하게 되고, 불평형력은 베어링(3)과 베어링(3)을 지지하는 파운데이션(5)으로 전달된다. 이때 불평형량이 회전기기의 종류에 따른 최대 허용량 이하로 조정되지 않으면 운전 시 비정상적인 진동이 발생되며, 이로 인해 쉽게 고장으로 연결되어 금전적 손실을 야기되며, 펌프나 터빈과 같은 회전기기들은 운전 중에도 수분으로 인해 임펠러나 블레이드에 침식 등이 발생되어 불평형량의 변화가 발생되고, 불평형량의 변화에 따른 불평형량의 증가는 고진동의 원인이 되고, 이로 인해 베어링, 회전축 등의 마모나 균열 등의 심각한 손상을 줄 수 있다.As described above, the unbalance amount of the rotor 1 generates an unbalance force proportional to the square of the rotation speed, and the unbalance force is transmitted to the foundation 5 supporting the bearing 3 and the bearing 3. If the unbalance amount is not adjusted below the maximum permissible amount according to the type of rotating machine, abnormal vibration occurs during operation, which leads to a malfunction and leads to a financial loss. Rotating devices such as a pump and a turbine, The unbalance of the impeller or the blade is changed and the unbalance amount is changed. The increase of the unbalance amount due to the unbalance amount causes the high vibration. This causes serious damage such as wear and cracks of the bearing and the rotary shaft .

회전기기의 로터 불평형을 추정하는 방법은 밸런싱 작업을 위해 개발되었다. 밸런싱 작업은 보통 회전기기의 최초 설치나 정비 후 재운전을 위해 로터의 불평형량을 추정하고 이를 보정하여 허용 수준 아래로 낮추는 작업을 말한다. 이때 불평형량을 추정하는 대표적인 방법인 영향 계수법은 불평형을 발생시키는 임의의 질량을 번갈아 로터에 부착하여 측정한 진동의 크기를 근거로 영향계수를 규명한 후, 불평형량을 산출하는 방법이다. A method for estimating the rotor imbalance of rotating machines has been developed for balancing operations. Balancing is usually the task of estimating the unbalance of the rotor for the initial installation of the rotating machine or for the maintenance after the operation and then calibrating it and lowering it below the permissible level. In this case, the influence coefficient method, which is a typical method of estimating the unbalance amount, is a method of calculating the unbalance amount after identifying the influence coefficient based on the magnitude of the vibration measured by attaching arbitrary mass generating the unbalance to the rotor alternately.

상기와 같이 회전기기의 불평형을 추정하기 위한 밸런싱 작업을 위한 선행기술인 대한민국 특허등록 제10-0292345호 "자기보상형 밸런서"(등록일자 : 2001.03.23)는 회전체의 회전축을 중심으로 인입 형성된 환형의 레이스를 갖는 본체와, 레이스 내에 움직임 가능하게 위치된 다수의 강체와, 본체에 결합되어 레이스를 덮어주는 커버부재와, 레이스에 내부에 형성 또는 설치되어 강체와 레이스의 마찰에 의해 발생된 마모가루를 수거할 수 있도록 된 수거수단이 개시되어 있다.As described above, Korean Patent Registration No. 10-0292345 entitled " Self Compensating Balancer "(registered on March 23, 2001), which is a prior art for balancing operation for estimating the unbalance of rotating equipment, A plurality of rigid bodies movably positioned in the races; a cover member coupled to the body and covering the races; a wear member formed or installed in the races and formed by friction between the rigid body and the races, Which is capable of collecting the waste water.

이와 같이 종래의 회전기기의 불평형 추정방법은 기동전 초기 불평형을 추정하여 보정할 수는 있으나, 운전 중 임펠러의 침식이나 블레이드의 탈락 등으로 발생하는 불평형의 변화를 실시간으로 감시하지 못하는 문제점을 가지고 있다.In this way, the conventional method of estimating the unbalance of the rotating machine can estimate and correct the initial unbalance during the operation, but it has a problem that it can not monitor the change of the unbalance caused by the erosion of the impeller or drop of the blade during operation in real time.

대한민국 특허등록 제10-0292345호 "자기보상형 밸런서"(등록일자 : 2001.03.23)Korean Patent Registration No. 10-0292345 "Self-compensating Balancer" (registered on March 23, 2001)

본 발명의 목적은 베어링 하우징에 장착한 가속도센서로부터 측정한 베어링 하우징의 가속도신호를 수신받아 가속도신호를 적분처리하여 시간축상의 변위량을 출력하고, 시간축상의 변위량을 로터의 회전주파수에 동기시켜 고속 푸리에 변환하여 로터의 회전주파수의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 파운데이션 1X 변위값을 출력하고, 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델에 기반하여 질량행렬, 강성행렬, 감쇠행렬로 구성된 모델 파라미터를 추출하고, 모델 파라미터에 의해 로터의 동적강성행렬과 베어링의 동적강성행렬 및 파운데이션의 동적강성행렬들로 구성된 회전기기의 불평형력과 측정된 파운데이션 1X 변위값에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과 로터 회전속도에 의해 회전기기의 불평형량을 산출하여 회전기기의 운전 전 밸런싱 작업을 위한 로터의 초기 불평형을 추정하거나 운전 중 임펠러의 침식이나 블레이드의 탈락 등에 의해 발생되는 불평형량의 변화량을 실시간으로 감시할 수 있는 회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a bearing housing that receives an acceleration signal of a bearing housing measured from an acceleration sensor mounted on a bearing housing and integrates the acceleration signal to output a displace amount on a time axis and synchronizes the amount of displacement on a time axis with a rotation frequency of the rotor to perform a fast Fourier transform A foundation 1X displacement value having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one rotation frequency of the rotor is output, and the rotation device is connected to a mass matrix, a stiffness matrix, a damping matrix And the model parameter is extracted and the unbalance force of the rotating equipment composed of the dynamic stiffness matrix of the rotor and the dynamic stiffness matrix of the rotor and the dynamic stiffness matrices of the foundation by the model parameter and the balance of the measured foundation 1X displacement value The unbalance of rotating equipment is calculated by the unbalance force and the rotor rotation speed. A method and apparatus for estimating an initial imbalance of a rotor for balancing pre-operation of a rotating machine or monitoring the variation of unbalance caused by erosion of an impeller or drop of a blade during operation in real time .

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 회전기기의 불평형 감시방법은, 로터와, 베어링이 장착된 베어링 하우징과, 베어링 하우징을 지지하는 파운데이션으로 구성된 회전기기의 불평형을 감시하기 위한 회전기기의 불평형 감시방법에 있어서, 상기 베어링 하우징에 장착한 가속도센서로부터 베어링 하우징의 가속도신호를 출력하는 가속도신호 출력단계; 키 페이저 센서에 의해 상기 로터의 회전속도와 위상을 측정하여 로터 회전주파수와 로터 회전속도를 출력하는 로터회전속도 출력단계; 상기 베어링 하우징의 가속도신호를 수신받아 상기 베어링 하우징의 가속도신호를 적분처리하여 시간축상의 변위량(xt)을 산출하는 변위량 산출단계; 상기 로터 회전주파수와 상기 시간축상의 변위량을 수신받아 상기 로터의 회전주파수에 동기되어 상기 시간축상의 변위량을 고속 푸리에 변환하여 상기 로터의 회전주파수의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 베어링 하우징에서 파운데이션 1X 변위값을 산출하는 파운데이션 1X 변위값 산출단계; 상기 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델을 통해 로터의 질량행렬, 로터의 강성행렬, 로터의 감쇠행렬과, 베어링의 강성행렬, 베어링의 감쇠행렬과 파운데이션의 질량행렬, 파운데이션의 강성행렬 및 파운데이션의 감쇠행렬로 구성된 모델 파라미터를 추출하는 모델 파라미터 추출단계; 상기 로터의 질량행렬, 로터의 강성행렬 및 로터의 감쇠행렬에 의한 로터의 동적강성행렬과, 상기 베어링의 강성행렬과 베어링의 감쇠행렬에 의한 베어링의 동적강성행렬과, 파운데이션의 질량행렬, 파운데이션의 강성행렬 및 파운데이션의 감쇠행렬에 의한 파운데이션의 동적강성행렬들로 구성된 상기 회전기기의 물리적 모델에 의해 산출되는 불평형력과, 상기 파운데이션 1X 변위값 산출단계에서 산출된 파운데이션 1X 변위값에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과, 상기 로터회전속도 출력단계에서 산출된 로터 회전속도에 의해 상기 회전기기의 불평형량을 산출하는 불평형량 산출단계; 및 상기 불평형량 산출단계에서 산출된 불평형량의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단하는 불평형량 변동 판단단계를 구비한 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides an unbalance monitoring method for a rotating machine, comprising: a rotor; a bearing housing mounted with a bearing; and an unbalance monitoring device for monitoring an unbalance of the rotating machine, In the method, An acceleration signal output step of outputting an acceleration signal of the bearing housing from an acceleration sensor mounted on the bearing housing; A rotor rotational speed output step of measuring a rotational speed and phase of the rotor by a key phaser sensor and outputting a rotor rotational frequency and a rotor rotational speed; A displacement amount calculation step of receiving an acceleration signal of the bearing housing and integrating an acceleration signal of the bearing housing to calculate a displacement amount (xt) on the time axis; And a controller for receiving the rotor rotation frequency and the amount of displacement on the time axis and performing a fast Fourier transform on the amount of displacement on the time axis in synchronization with the rotation frequency of the rotor to generate a bearing having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one- A foundation 1X displacement value calculating step of calculating a foundation 1X displacement value in the housing; The rotating machine is connected to a rotor mass, a bearing and a foundation through a physical model of the rotor, a stiffness matrix of the rotor, a rotor damping matrix, a bearing stiffness matrix, a bearing damping matrix and a foundation mass matrix, A model parameter extraction step of extracting a model parameter composed of a foundation damping matrix; The dynamic stiffness matrix of the rotor by the mass matrix of the rotor, the stiffness matrix of the rotor and the rotor damping matrix, the dynamic stiffness matrix of the bearing by the stiffness matrix of the bearing and the damping matrix of the bearing, the mass matrix of the foundation, The unbalance force calculated by the physical model of the rotating machine constituted by the dynamic stiffness matrices of the foundation by the damping matrix of the stiffness matrix and the foundation and the unbalance force by the foundation 1X displacement value calculated in the Foundation 1X displacement value calculating step An unbalance amount calculating step of calculating an unbalance amount of the rotating machine based on the unbalance force of the rotating machine and the rotor rotating speed calculated in the rotor rotating speed output step; And And an unequilibrium quantity variation determination step of determining whether the unequilibrium quantity value calculated in the unequilibrium quantity calculation step is larger than a reference value defined by the user.

또한, 본 발명의 회전기기의 불평형 감시장치는, 로터와, 베어링이 장착된 베어링 하우징과, 베어링 하우징을 지지하는 파운데이션으로 구성된 회전기기의 불평형을 감시하기 위한 회전기기의 불평형 감시장치에 있어서, 상기 베어링 하우징 상부에 장착되어, 상기 회전기기의 운전 중 상기 베어링 하우징의 가속도신호를 출력하는 가속도센서; 상기 로터의 회전속도와 위상을 측정하여 로터 회전주파수와 로터 회전속도를 출력하는 키 페이저 센서; 상기 베어링 하우징의 가속도신호를 수신받아, 상기 베어링 하우징의 가속도신호를 적분처리하여 시간축상의 변위량을 출력하는 적분처리부; 상기 로터 회전주파수와 상기 시간축상의 변위량을 수신받아 상기 로터의 회전주파수에 동기되어 상기 시간축상의 변위량을 고속 푸리에 변환하여 상기 로터의 회전주파수의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 베어링 하우징에서 파운데이션 1X 변위값을 출력하는 고속 푸리에 변환부; 상기 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션으로 구성된 물리적 모델을 통해 로터의 질량행렬, 로터의 강성행렬, 로터의 감쇠행렬과, 베어링의 강성행렬, 베어링의 감쇠행렬과 파운데이션의 질량행렬, 파운데이션의 강성행렬 및 파운데이션의 감쇠행렬로 구성된 모델 파라미터를 추출하는 모델 파라미터 추출부; 상기 모델 파라미터를 저장하는 모델 파라미터 저장부; 상기 모델 파라미터 저장부에 저장된 로터의 질량행렬, 로터의 강성행렬 및 로터의 감쇠행렬에 의한 로터의 동적강성행렬과, 베어링의 강성행렬과 베어링의 감쇠행렬에 의한 베어링의 동적강성행렬과, 파운데이션의 질량행렬, 파운데이션의 강성행렬 및 파운데이션의 감쇠행렬에 의한 파운데이션의 동적강성행렬들로 구성된 상기 회전기기의 물리적 모델에 의해 산출되는 불평형력과, 상기 파운데이션 1X 변위값에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과, 상기 로터 회전속도에 의해 상기 회전기기의 불평형량을 산출하는 불평형량 산출부; 및 상기 불평형량 산출부에서 산출된 불평형량의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단하는 불평형량 변동 판단부를 구비한 것을 특징으로 한다.The apparatus for monitoring the unbalance of a rotating machine according to the present invention is an apparatus for monitoring the unbalance of a rotating apparatus for monitoring the unbalance of a rotating apparatus constituted by a rotor, a bearing housing with a bearing mounted thereon, and a foundation supporting the bearing housing, An acceleration sensor mounted on the bearing housing for outputting an acceleration signal of the bearing housing during operation of the rotary device; A key phaser sensor for measuring a rotational speed and a phase of the rotor and outputting a rotor rotational frequency and a rotor rotational speed; An integration processor for receiving an acceleration signal of the bearing housing and integrating the acceleration signal of the bearing housing to output a displacement amount on a time axis; And a controller for receiving the rotor rotation frequency and the amount of displacement on the time axis and performing a fast Fourier transform on the amount of displacement on the time axis in synchronization with the rotation frequency of the rotor to generate a bearing having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one- A fast Fourier transformer for outputting a foundation 1X displacement value from the housing; The stiffness matrix of the rotor, the damping matrix of the rotor, the stiffness matrix of the bearing, the damping matrix of the bearing and the mass matrix of the foundation, the stiffness matrix of the foundation, and the stiffness matrix of the foundation through the physical model composed of the rotor, the bearing and the foundation, A model parameter extracting unit for extracting a model parameter composed of a foundation damping matrix; A model parameter storage for storing the model parameters; A dynamic stiffness matrix of the rotor based on the mass matrix of the rotor stored in the model parameter storage unit, a stiffness matrix of the rotor and a damping matrix of the rotor, a dynamic stiffness matrix of the bearing by a stiffness matrix of the bearing and a damping matrix of the bearing, The unbalance force calculated by the physical model of the rotating machine constituted by the mass matrix, the stiffness matrix of foundation, and the foundation dynamic stiffness matrices by the damping matrix of the foundation, and the unbalance force by the foundation 1X displacement value An unbalance amount calculating unit for calculating an unbalance amount of the rotating equipment by the rotor rotating speed; And And an unequilibrium quantity variation determination unit for determining whether the unequilibrium quantity value calculated by the unequilibrium quantity calculation unit is larger than a reference value defined by the user.

본 발명의 회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치는 베어링 하우징에 장착한 가속도센서로부터 측정한 베어링 하우징의 가속도신호를 수신받아 가속도신호를 적분처리하여 시간축상의 변위량을 출력하고, 시간축상의 변위량을 로터의 회전주파수에 동기시켜 고속 푸리에 변환하여 로터의 회전주파수의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 파운데이션 1X 변위값을 출력하고, 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델에 기반하여 질량행렬, 강성행렬, 감쇠행렬로 구성된 모델 파라미터를 추출하고, 모델 파라미터에 의해 로터의 동적강성행렬과 베어링의 동적강성행렬 및 파운데이션의 동적강성행렬들로 구성된 회전기기의 불평형력과 측정된 파운데이션 1X 변위값에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과 로터 회전속도에 의해 회전기기의 불평형량을 산출하여 회전기기의 운전 전 밸런싱 작업을 위한 로터의 초기 불평형을 추정하거나 운전 중 임펠러의 침식이나 블레이드의 탈락 등에 의해 발생되는 불평형량의 변화량을 실시간으로 감시할 수 있다.A method and apparatus for monitoring the unbalance of a rotating machine of the present invention includes receiving an acceleration signal of a bearing housing measured from an acceleration sensor mounted on a bearing housing and integrating the acceleration signal to output a displacement amount on a time axis, And outputs a Foundation 1X displacement value having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one times the rotation frequency of the rotor, and outputs the rotation 1X displacement value based on the physical model of the rotor, the bearing, and the foundation The model parameters consisting of the mass matrix, the stiffness matrix and the damping matrix are extracted, and the unbalance force of the rotating machine composed of the dynamic stiffness matrix of the rotor and the dynamic stiffness matrix of the bearing and the foundation stiffness matrices of the foundation by the model parameter, The unbalance force and the rotor rotation speed in the balancing plane due to the displacement value Calculating the unbalance of the rotational device by the can monitor the amount of change of the unbalance is generated by estimating the initial imbalance of the rotor for driving around the balancing of the rotating machine or dropping of the erosion and the blade of the impeller during operation in real-time.

도 1은 일반적인 회전기기의 구성도,
도 2는 본 발명의 회전기기의 불평형 감시방법의 순서도,
도 3은 본 발명의 회전기기의 불평형 감시장치의 구성도,
도 4a는 회전기기의 물리적 모델에 기반한 로터의 질량행렬, 로터의 강성행렬 및 로터의 감쇠행렬을 도시한 도면,
도 4b는 회전기기의 물리적 모델에 기반한 베어링의 강성행렬과 베어링의 감쇠행렬을 도시한 도면.
도 4c는 회전기기의 물리적 모델에 기반한 파운데이션의 질량행렬, 파운데이션의 강성행렬 및 파운데이션의 감쇠행렬을 도시한 도면.
도 5는 회전기기의 모델 파라미터를 추출하기 위한 물리적 모델을 도시한 개략도,
도 6은 도 5의 회전기기의 물리적 모델을 통한 로터의 동적강성행렬 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a general rotating machine,
2 is a flow chart of a method of monitoring the unbalance of a rotating machine of the present invention,
3 is a configuration diagram of an apparatus for monitoring unbalance of a rotating machine of the present invention,
4A is a diagram illustrating a mass matrix of a rotor based on a physical model of a rotating machine, a stiffness matrix of a rotor, and a damping matrix of a rotor,
Figure 4b shows the stiffness matrix of the bearing and the damping matrix of the bearing based on the physical model of the rotating machine.
Figure 4c shows the mass matrix of a foundation, the foundation stiffness matrix and the foundation damping matrix based on the physical model of a rotating machine.
5 is a schematic view showing a physical model for extracting model parameters of a rotating machine,
FIG. 6 is a diagram showing a dynamic stiffness matrix of the rotor through the physical model of the rotating machine of FIG. 5;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치를 상세히 설명하고자 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method and an apparatus for monitoring an unbalance of a rotating machine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전기기의 불평형 감시방법은, 베어링 하우징(4)에 장착한 가속도센서(AS)로부터 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 출력하는 가속도신호 출력단계(S10)와, 키 페이저 센서(KS)에 의해 로터(1)의 회전속도와 위상을 측정하여 로터 회전주파수(RF)와 로터 회전속도(RW)를 출력하는 로터회전속도 출력단계(S20)와, 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 수신받아 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 적분처리하여 시간축상의 변위량(xt)을 산출하는 변위량 산출단계(S30)와, 로터 회전주파수(RF)와 시간축상의 변위량(xt)을 수신받아 로터의 회전주파수(RF)에 동기되어 시간축상의 변위량(xt)을 고속 푸리에 변환하여 로터의 회전주파수(RF)의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 베어링 하우징에서 파운데이션 1X 변위값(FX)을 산출하는 파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)와, 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델을 통해 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR), 로터의 감쇠행렬(CR), 베어링의 강성행렬(KB), 베어링의 감쇠행렬(CB), 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)로 구성된 모델 파라미터를 추출하는 모델 파라미터 추출단계(S50)와, 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR) 및 로터의 감쇠행렬(CR)에 의한 로터의 동적강성행렬(ZR)과, 베어링의 강성행렬(KB)과 베어링의 감쇠행렬(CB)에 의한 베어링의 동적강성행렬(ZB)과, 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)에 의한 파운데이션의 동적강성행렬(ZF)로 구성된 회전기기의 물리적 모델에 의해 산출되는 불평형력과, 파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)에서 산출된 파운데이션 1X 변위값(FX)에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과, 로터회전속도 출력단계(S20)에서 산출된 로터 회전속도(RW)에 의해 회전기기의 불평형량(e)을 산출하는 불평형량 산출단계(S60)와, 불평형량 산출단계(S60)에서 산출된 불평형량(e)의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단하는 불평형량 변동 판단단계(S70)로 구성된다.2, an unbalance monitoring method of a rotating apparatus according to the present invention includes an acceleration signal output step S10 (step S10) of outputting an acceleration signal ai of a bearing housing from an acceleration sensor AS mounted on a bearing housing 4, A rotor rotational speed output step S20 for measuring the rotational speed and phase of the rotor 1 by the key phaser sensor KS and outputting the rotor rotational frequency RF and the rotor rotational speed RW; A displacement amount computing step (S30) of receiving the acceleration signal (ai) of the housing and integrating the acceleration signal (ai) of the bearing housing to calculate a displacement amount (xt) on the time axis; xt and synchronizes with the rotation frequency RF of the rotor to perform a fast Fourier transform on the amount of displacement xt on the time axis to generate a bearing housing having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one multiples of the rotation frequency RF of the rotor, Foundation 1X displacement in Calculating foundation 1X displacement calculating (FX) (S40), and the rotor mass matrix for the rotation device via a physical model of the rotor, the bearing and the foundation (M R), the stiffness matrix of the rotor (K R), of the rotor damping matrix (C R), the stiffness matrix (K B), damping matrix of the bearing (C B), the mass matrix of the foundation (M F), the stiffness matrix (K F) and damping matrix of the foundation of the foundation of the bearing (C F , A model parameter extraction step S50 of extracting a model parameter composed of a rotor stiffness matrix K R and a rotor damping matrix C R by using a rotor mass matrix M R , a rotor stiffness matrix K R , (Z R ) of the bearing, the dynamic stiffness matrix (Z B ) of the bearing by the bearing stiffness matrix (K B ) and the bearing damping matrix (C B ), the foundation mass matrix (M F ) K F) and the foundation of the attenuation matrix (C F) the dynamic stiffness of the foundation by a matrix (Z F) a physical model of the rotating machine consisting of , The unbalance force in the balancing plane by the foundation 1X displacement value FX calculated in the Foundation 1X displacement value calculation step S40 and the rotor rotation speed calculated in the rotor rotation speed output step S20 A unbalance amount calculating step S60 for calculating the unbalance amount e of the rotating equipment by the speed RW and a fluctuation amount calculating step for calculating a fluctuation value of the unbalance amount e calculated in the unbalance amount calculating step S60, (S70) that determines whether the unbalance amount variation is larger than the variation value.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전기기의 불평형 감시장치는, 베어링 하우징(4) 상부에 장착되어, 회전기기의 운전 중 베어링 하우징(3)의 가속도신호(ai)를 출력하는 가속도센서(AS)와, 로터(1)의 회전속도와 위상을 측정하여 로터 회전주파수(RF)와 로터 회전속도(RW)를 출력하는 키 페이저 센서(KS)와, 베어링 가속도신호(ai)를 수신받아, 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 적분처리하여 시간축상의 변위량(xt)을 출력하는 적분처리부(10)와, 로터 회전주파수(RF)와 시간축상의 변위량(xt)을 수신받아 로터의 회전주파수(RF)에 동기되어 시간축상의 변위량(xt)을 고속 푸리에 변환하여 로터의 회전주파수(RF)의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 베어링 하우징에서 파운데이션 1X 변위값(FX)을 출력하는 고속 푸리에 변환부(20)와, 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션으로 구성된 물리적 모델을 통해 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR), 로터의 감쇠행렬(CR), 베어링의 강성행렬(KB), 베어링의 감쇠행렬(CB), 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)로 구성된 모델 파라미터를 추출하는 모델 파라미터 추출부(30)와, 모델 파라미터를 저장하는 모델 파라미터 저장부(40)와, 모델 파라미터 저장부(40)에 저장된 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR) 및 로터의 감쇠행렬(CR)에 의한 로터의 동적강성행렬(ZR)과, 베어링의 강성행렬(KB)과 베어링의 감쇠행렬(CB)에 의한 베어링의 동적강성행렬(ZB)과, 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)에 의한 파운데이션의 동적강성행렬(ZF)들로 구성된 회전기기의 물리적 모델에 의해 산출되는 불평형력과, 파운데이션 1X 변위값(FX)에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과, 로터 회전속도(RW)에 의해 회전기기의 불평형량(e)을 산출하는 불평형량 산출부(50)와, 불평형량 산출부(50)에서 산출된 불평형량(e)의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단하는 불평형량 변동 판단부(60)로 구성된다.3, an unbalance monitoring apparatus for a rotating apparatus according to the present invention includes an acceleration sensor (not shown) mounted on a bearing housing 4 and outputting an acceleration signal ai of the bearing housing 3 during operation of the rotating apparatus, A key phaser sensor KS for measuring the rotational speed and phase of the rotor 1 and outputting a rotor rotational frequency RF and a rotor rotational speed RW; (10) for integrating the acceleration signal (ai) of the bearing housing and outputting the amount of displacement (xt) on the time axis, and a control unit (10) for receiving the rotor rotation frequency (RF) (FX) in a bearing housing having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one times the rotation frequency (RF) of the rotor, and outputs the foundational 1X displacement value (FX) in a bearing housing A high-speed Fourier transform unit 20, A rotor, bearings, and the rotor weight matrix over a physical model consisting of a foundation (M R), the stiffness matrix of the rotor (K R), damping matrix of the rotor (C R), the stiffness matrix (K B) of the bearing, the bearing A model parameter extraction unit 30 for extracting a model parameter composed of a damping matrix C B , a foundation mass matrix M F , a foundation rigidity matrix K F and a foundation damping matrix C F , by the model parameter storage unit 40 for storing parameters, the model of the rotor weight matrices stored in the parameter storage unit 40 (M R), the stiffness matrix of the rotor (K R) and damping matrix of the rotor (C R) dynamic stiffness matrix (Z R) and the stiffness of the bearing matrix (K B) and damping matrix of the bearing (C B) dynamic stiffness matrix (Z B) and the mass matrix of the foundation of the bearing by the rotor (M F), stiffness matrix of the foundation (K F) and the dynamic stiffness matrix of the foundation according to the attenuation matrix (C F) of the foundation (Z F) The unbalance force calculated by the physical model of the rotating machine constituted by the foundation 1X displacement value FX and the unbalance force in the balancing plane by the foundation 1X displacement value and the unbalance amount e of the rotating machine by the rotor rotation speed RW And a unbalance amount variation determining unit (60) for determining whether a variation value of the unbalanced amount (e) calculated by the unbalance amount calculating unit (50) is larger than a reference variation value defined by the user .

상기의 구성에 따른 본 발명인 회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치의 동작은 다음과 같다.The operation of the unbalance monitoring method and the apparatus of the present invention according to the above configuration is as follows.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가속도센서(AS)는 베어링 하우징(4) 상부에 장착되어, 회전기기의 운전시 베어링 하우징(4)의 가속도신호(ai)를 출력한다.1 and 3, the acceleration sensor AS is mounted on the upper portion of the bearing housing 4 and outputs an acceleration signal ai of the bearing housing 4 during operation of the rotating machine.

키 페이저(key Phaser) 센서(KS)는 로터(1)의 회전속도와 위상을 측정하여 로터 회전주파수(RF)와 로터 회전속도(RW)를 출력한다. 키 페이저 센서(KS)는 로터(1)의 키홈의 변위를 감지하여 로터(1)의 회전속도와 위상을 측정할 수 있다.The key phaser sensor KS measures the rotational speed and phase of the rotor 1 and outputs the rotor rotational frequency RF and the rotor rotational speed RW. The key phaser sensor KS senses the displacement of the key groove of the rotor 1 and can measure the rotational speed and the phase of the rotor 1.

변위량 산출단계(S30)는 가속도센서(AS)에 의해 측정된 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 적분처리부(10)에 의해 2차례 적분처리하여 시간축상의 변위량(xt)을 산출한다.The displacement amount calculation step S30 calculates the displacement amount xt on the time axis by integrating the acceleration signal ai of the bearing housing measured by the acceleration sensor AS two times by the integration processing unit 10.

파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)는 시간축상의 변위량(xt)이 키 페이저(key Phaser) 센서(KS)로 부터 출력되는 로터 회전주파수(RF)에 동기되도록 시간축상의 변위량(xt)을 고속 푸리에 변환부(30)에 의해 고속 푸리에 변환(FFT:Fast Fourier Transform)하여 로터 회전주파수(RF)의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상인 1X 진폭과 1X 위상을 갖는 베어링 하우징에서의 파운데이션 1X 변위값(FX)을 산출한다. The Foundation 1X displacement value calculating step S40 is a step of calculating the displacement 1X displacement value S40 by performing a fast Fourier transform (XRT) on the time axis displacement amount xt so that the displacement amount xt on the time axis is synchronized with the rotor rotation frequency RF output from the key phaser sensor KS (1X) phase in a bearing housing having a 1X amplitude and a 1X phase which is an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one multiples of the rotor rotation frequency (RF) by Fast Fourier Transform (FFT) And calculates the displacement value FX.

즉, 파운데이션 1X 변위값(FX)은 로터 회전주파수(RF)의 1배수에 해당되는 동기주파수인 불평형력의 작용 주파수 성분의 1X 진폭과 1X 위상을 갖는 값으로, 이는 로터의 불평형량에 의해 발생하는 불평형력에 의한 것이다.That is, the Foundation 1X displacement value (FX) is a value having 1X amplitude and 1X amplitude of the operating frequency component of the unbalance force, which is a synchronous frequency corresponding to 1 times of the rotor rotation frequency (RF), which is caused by the unbalance of the rotor Of the unemployment rate.

모델 파라미터 추출단계(S50)는 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델을 통해 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR), 로터의 감쇠행렬(CR), 베어링의 강성행렬(KB), 베어링의 감쇠행렬(CB), 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)로 구성된 모델 파라미터를 추출한다. 이러한 물리적 모델을 통한 모델 파라미터의 추출은 공지의 방법에 의해 수행한다.The model parameter extraction step S50 is a step of extracting a model parameter of the rotating machine from the physical model of the rotor, the bearing and the foundation through the mass matrix M R of the rotor, the stiffness matrix K R of the rotor, the damping matrix C R of the rotor, A model parameter consisting of a stiffness matrix K B , a bearing damping matrix C B , a foundation mass matrix M F , a foundation rigidity matrix K F , and a foundation damping matrix C F are extracted. Extraction of model parameters through such a physical model is performed by a known method.

예를 들어, 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR), 로터의 감쇠행렬(CR)을 추출하기 위해, 도 4a에 도시한 바와 같이, 로터(1)를 여러 개의 요소로 분할한 후, 각각의 질량과 직경 정보를 이용하여 각 요소의 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR), 로터의 감쇠행렬(CR)를 도출한다.For example, in order to extract the mass matrix M R of the rotor, the stiffness matrix K R of the rotor, and the damping matrix C R of the rotor, as shown in FIG. 4A, (M R ), the rotor stiffness matrix (K R ), and the rotor damping matrix (C R ) are derived using the mass and diameter information of each element.

베어링의 강성행렬(KB)과 베어링의 감쇠행렬(CB)는 2×2 행렬로, 해당 행렬으 계수는 베어링의 설계 정보를 통해 얻을 수 있으며, 2개의 베어링으로 이루어진 강성행렬(KB)과 베어링의 감쇠행렬(CB)은 도 4b에 도시된 바와 같이 도출된다.Rigidity of the bearing matrix (K B) and damping matrix of the bearing (C B) is a 2 × 2 matrix, the matrix coming coefficient may be obtained through the design information of the bearing, the rigid matrix formed by two bearings (K B) And the damping matrix C B of the bearing are derived as shown in FIG. 4B.

도 4c에 도시된 바와 같이, 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)의 각 계수는 모달 시험(Modal test)를 통해 얻을 수 있다.As shown in FIG. 4C, the coefficients of the foundation mass matrix M F , foundation foundation stiffness matrix K F , and Foundation foundation damping matrix C F can be obtained through a modal test.

상기와 같이 회전기기의 물리적 모델을 통해 추출한 모델 파라미터는 모델 파라미터 저장부(40)에 저장하여 사전에 데이터 베이스화한다.The model parameters extracted through the physical model of the rotating machine as described above are stored in the model parameter storage unit 40 and converted into a database in advance.

불평형량 산출단계(S60)는 로터의 동적강성행렬(ZR)과 베어링의 동적강성행렬(ZB)과 파운데이션의 동적강성행렬(ZF)로 구성된 회전기기의 물리적 모델에 의해 산출되는 불평형력과, 파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)에서 산출된 파운데이션 1X 변위값(FX)에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과, 로터회전속도 출력단계(S20)에서 산출된 로터 회전속도(RW)에 의해 회전기기의 불평형량(e)을 산출한다.The unbalance calculation step S60 calculates the unbalance amount S60 by calculating the unbalance force calculated by the physical model of the rotating machine composed of the rotor dynamic stiffness matrix Z R , the bearing dynamic stiffness matrix Z B and the foundation dynamic stiffness matrix Z F And the foundation 1X displacement value FX calculated in the Foundation 1X displacement value calculation step S40 and the unbalance force in the balancing plane by the rotor rotation speed RW calculated in the rotor rotation speed output step S20 And calculates the unbalance amount (e) of the rotating equipment.

불평형량(e)를 산출하기 위해, 먼저, 로터, 베어링, 파운데이션으로 구성된 회전기기의 물리적 모델로부터 운동방정식에 의한 불평형력을 산출한다,In order to calculate the unequilibrium amount (e), first, an unbalance force by a motion equation is calculated from a physical model of a rotating machine constituted by a rotor, a bearing, and a foundation,

도 5는 도 1의 회전기기에 대해서 모델 파라미터를 추출하기 위한 물리적 모델을 도시한 개략도로, 노드(b,i,b)가 세개인 경우를 예시한 것으로, 노드 b는 베어링 연결점을 나타낸 것이고, 노드 i는 베어링 연결점 이외의 노드를 나타낸 것이다. Fig. 5 is a schematic view showing a physical model for extracting model parameters for the rotating machine of Fig. 1, in which three nodes (b, i, b) are illustrated, node b is a bearing connection point, Node i represents a node other than the bearing connection point.

도 5에 도시된 바와 같이, 로터, 베어링, 파운데이션으로 구성된 회전기기의 물리적 모델로부터의 운동방적식은 다음과 같다.As shown in FIG. 5, the kinetic equation from a physical model of a rotating machine composed of a rotor, a bearing, and a foundation is as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 운동방정식에서, 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR) 및 로터의 감쇠행렬(CR)로 이루어진 속도 ω에서의 로터의 동적강성행렬(ZR)(Dynamic stiffness matrix)는 다음과 같다.In the above equation of motion, the dynamic stiffness matrix (Z R ) of the rotor at the speed ω consisting of the rotor mass matrix (M R ), the rotor stiffness matrix (K R ) and the rotor damping matrix (C R ) ) Is as follows.

Figure pat00002
Figure pat00002

베어링의 강성행렬(KB)과 베어링의 감쇠행렬(CB)로 이루어진 속도 ω에서의 베어링의 동적강성행렬(ZB)은 다음과 같다.The dynamic stiffness matrix (Z B ) of the bearing at the speed ω consisting of the stiffness matrix (K B ) of the bearing and the damping matrix (C B ) of the bearing is as follows.

Figure pat00003
Figure pat00003

파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)로 이루어진 속도 ω에서의 파운데이션의 동적강성행렬(ZF)은 다음과 같다.The foundation dynamic stiffness matrix Z F at the velocity ω, which is composed of the foundation mass matrix M F , the foundation stiffness matrix K F , and the foundation damping matrix C F , is as follows.

Figure pat00004
Figure pat00004

상기 운동방정식에서 첨자 b와 i는 각각 베어링 연결점과 베어링 연결점을 제외한 노드를 의미하며, 첨자 F, R 및 B는 각각 파운데이션, 로터 및 베어링을 의미하며, x는 변위응답이고, f는 불평형으로 인해 작용하는 불평형력힘이다.Subscripts b and i denote nodes except for the bearing connection point and the bearing connection point, respectively. Subscripts F, R and B denote foundations, rotors and bearings, respectively, x denotes a displacement response and f denotes an unbalance It is an unbalanced force acting.

도 6은 도 5의 회전기기의 물리적 모델을 통한 로터의 동적강성행렬 도시한 도면으로, 로터의 동적강성행렬(ZR) 중 상기 운동방정식에 표시된 ZR,bb 는 도 6에 도시된 바와 같이, b행과 b열에 해당하는 행렬을 표시한 것이고, ZR,ii는 i행과 i열에 해당하는 행렬을 표시한 것이고, ZR,bi는 b행과 i열에 해당하는 행렬을 표시한 것이고, ZR,ib는 i행과 b열에 해당하는 행렬을 표시한 것이다. 6 is shown in the equation of motion of a dynamic stiffness matrix shown a diagram of the rotor through the physical model of the rotating machine of Figure 5, the dynamic stiffness matrix (Z R) of the rotor Z R, bb As shown in Fig. 6, a matrix corresponding to column b and row b is displayed, Z R, ii denotes a matrix corresponding to i-th row and i-th column, Z R, bi a matrix corresponding to row b and column i, Z R, ib denote matrices corresponding to rows i and b.

도 3에 도시된 바와 같이, 베어링 연결점 b에서는 가속도센서(AC)에 의해 측정되는 지점이고, 노드 i에서는 측정되지 않는 지점이므로, 상기 운동방정식에서 변위응답 xR,i는 측정하지 않기 때문에 첫 번째 행의 변위응답 xR,i 항을 제거할 필요가 있다.As shown in FIG. 3, since the displacement response x R, i is not measured in the equation of motion since it is the point measured by the acceleration sensor AC at the bearing connection point b and not measured at the node i, It is necessary to remove the displacement response x R, i of the row.

이를 위해 상기 운동방정식에서 변위응답 xR,i는 다음과 같이 산출된다.To this end, the displacement response x R, i in the above equation of motion is calculated as follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

상기와 같이 산출된 변위응답 xR,i를 상기 운동방정식에 대입하여 정리하면 다음과 같다.The displacement response x R, i calculated as described above is substituted into the equation of motion and is summarized as follows.

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서,

Figure pat00007
이다.here,
Figure pat00007
to be.

파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)에서 산출된 베어링 하우징에서의 파운데이션 1X 변위값(FX)이 있다면, 파운데이션 1X 변위값(FX)은 상기 운동방정식에서의 변위응답 xF,b와 동일한 값이므로, 상기 식에서 변위응답 xR,b를 소거시키고, 변위응답 xF,b만 남도록 식을 정리하면 다음과 같다.If there is a foundation 1X displacement value FX in the bearing housing calculated in the foundation 1X displacement value calculation step S40, the Foundation 1X displacement value FX is the same value as the displacement response x F, b in the above-mentioned equation of motion, In the above equation, the displacement response x R, b is canceled and the displacement response x F, b is left alone.

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 식에서 I는 1을 나타내는 단위행렬이다.Where I is a unitary matrix representing 1.

상기 식에서 f는 물리적 모델을 의한 불평형력으로 미지수(Unkown parameter)이고, 이외의 다른 값들은 알고 있으므로 베어링 하우징에서 측정한 가속도 신호를 적분 처리하여 얻은 베어링 하우징에서의 파운데이션 1X 변위값(FX)에 의해 불평형력

Figure pat00009
를 산출할 수 있다. In this equation, f is a Unkown parameter due to the unbalance force due to the physical model, and other values are known, so that the foundation 1X displacement value (FX) in the bearing housing obtained by integrating the acceleration signal measured in the bearing housing Unbalance force
Figure pat00009
Can be calculated.

파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)에서 산출된 파운데이션 1X 변위값(FX)에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력은 사용자에 의해 정의된 T행렬을 이용하여 밸런싱 면을 지정하여 불평형량(e)을 갖는 다음의 식으로 산출된다.The unbalance force of the foundation 1X displacement value FX calculated in the foundation 1X displacement value calculation step S40 is calculated by using the T matrix defined by the user to designate the balancing plane to obtain the unbalance amount e Is calculated by the following equation.

Figure pat00010
Figure pat00010

상기 불평형량(e)으로 표현된 불평형력을 변위응답 xF,b로 정리된 불평형력에 대입하면 다음과 같다.The unbalance force represented by the unbalance amount (e) is substituted into the unbalance force summarized as the displacement response x F, b as follows.

Figure pat00011
Figure pat00011

상기 식에서 좌변에 불평형량(e)만 남기고 정리하면, 불평형량(e)은 다음과 같다.In the above equation, if the unbalanced quantity (e) is left on the left side, the unbalanced quantity (e) is as follows.

Figure pat00012
Figure pat00012

상기 불평평량(e) 산출식에서 속도(ω)는 로터회전속도 출력단계(S20)에서 산출된 로터 회전속도(RW)이고, 변위응답 xF,b는 파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)에서 산출된 파운데이션 1X 변위값(FX)이므로, 이들 각각을 불평평량(e) 산출식에 대입하여 회전기기의 불평형량(e)을 산출할 수 있다.The velocity ω is the rotor rotation speed RW calculated in the rotor rotation speed output step S20 and the displacement response x F and b is calculated in the foundation 1X displacement value calculation step S40 (FX) of the foundation, it is possible to calculate the unbalanced amount (e) of the rotating equipment by substituting each of them into the unbalance weight (e) calculating formula.

불평형량 변동 판단단계(S70)는 불평형량 산출단계(S60)에서 산출된 불평형량(e)의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단하여 불평형량(e)의 변동치가 기준변동치 보다 클 경우에는 운전 중에 임펠러나 블레이드에 침식 등의 원인에 의해 불평형량이 변화된 것으로 추정하여 회전기기의 밸런싱 작업을 수행하여 사전에 회전기기의 고장 발생을 미연에 방지할 수 있다.The unbalance amount fluctuation determination step S70 determines whether the unbalance amount e calculated in the unequal amount calculation step S60 is larger than the reference fluctuation value defined by the user, It is presumed that the unbalance amount is changed due to the erosion or the like on the impeller or the blade during the operation, so that the balancing operation of the rotating device can be performed to prevent the malfunction of the rotating device in advance.

도 3에 도시된 바와 같이, 불평형량 산출부(50)는 상기와 같은 방법에 의해, 불평형량(e)을 산출하고, 불평형량 변동 판단부(60)는 불평형량 산출부(50)에서 산출된 불평형량(e)의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단한다.As shown in FIG. 3, the unbalance amount calculating unit 50 calculates the unbalanced amount e by the above-described method, and the unbalance amount fluctuation determining unit 60 calculates the unbalanced amount by the unbalance amount calculating unit 50 (E) is larger than the reference change value defined by the user.

본 발명의 회전기기의 불평형 감시방법 및 그 장치는 로터, 베어링, 파운데이션을 포함한 물리적 모델을 데이터베이스화하고, 베어링 지지부에서 변위량을 추출한 후, 밸런싱 면에서 불평형량의 크기 및 위상을 추정하기 때문에 1회 이상의 시험만으로도 불평형량의 추정이 가능하며 운전 중에도 실시간으로 불평형량의 변화를 감시할 수 있다.The method and apparatus for monitoring the unbalance of a rotating machine according to the present invention is characterized in that a physical model including a rotor, a bearing, and a foundation is converted into a database and a displacement amount is extracted from a bearing support portion and then the magnitude and phase of the unbalance amount are estimated on the balancing surface. It is possible to estimate the unequilibrium only by the above test and monitor the unbalance change in real time during operation.

Claims (2)

로터(1)와, 베어링(3)이 장착된 베어링 하우징(4)과, 베어링 하우징(4)을 지지하는 파운데이션(5)으로 구성된 회전기기의 불평형을 감시하기 위한 회전기기의 불평형 감시방법에 있어서,
상기 베어링 하우징(4)에 장착한 가속도센서(AS)로부터 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 출력하는 가속도신호 출력단계(S10);
키 페이저 센서(KS)에 의해 상기 로터(1)의 회전속도와 위상을 측정하여 로터 회전주파수(RF)와 로터 회전속도(RW)를 출력하는 로터회전속도 출력단계(S20);
상기 베어링의 가속도신호(ai)를 수신받아 상기 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 적분처리하여 시간축상의 변위량(xt)을 산출하는 변위량 산출단계(S30);
상기 로터 회전주파수(RF)와 상기 시간축상의 변위량(xt)을 수신받아 상기 로터의 회전주파수(RF)에 동기되어 상기 시간축상의 변위량(xt)을 고속 푸리에 변환하여 상기 로터의 회전주파수(RF)의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 베어링 하우징에서 파운데이션 1X 변위값(FX)을 산출하는 파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40);
상기 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델을 통해 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR), 로터의 감쇠행렬(CR), 베어링의 강성행렬(KB), 베어링의 감쇠행렬(CB), 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)로 구성된 모델 파라미터를 추출하는 모델 파라미터 추출단계(S50);
상기 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR) 및 로터의 감쇠행렬(CR)에 의한 로터의 동적강성행렬(ZR)과, 베어링의 강성행렬(KB)과 베어링의 감쇠행렬(CB)에 의한 베어링의 동적강성행렬(ZB)과, 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)에 의한 파운데이션의 동적강성행렬(ZF)들로 구성된 상기 회전기기의 물리적 모델에 의해 산출되는 불평형력과, 상기 파운데이션 1X 변위값 산출단계(S40)에서 산출된 파운데이션 1X 변위값(FX)에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과, 상기 로터회전속도 출력단계(S20)에서 산출된 로터 회전속도(RW)에 의해 상기 회전기기의 불평형량(e)을 산출하는 불평형량 산출단계(S60); 및
상기 불평형량 산출단계(S60)에서 산출된 불평형량(e)의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단하는 불평형량 변동 판단단계(S70)를 구비한 것을 특징으로 하는 회전기기의 불평형 감시방법.
A method of monitoring an unbalance of a rotating machine for monitoring unbalance of a rotating machine constituted by a rotor (1), a bearing housing (4) fitted with a bearing (3) and a foundation (5) ,
An acceleration signal output step (S10) of outputting an acceleration signal (ai) of the bearing housing from an acceleration sensor (AS) mounted on the bearing housing (4);
A rotor rotational speed output step (S20) of measuring a rotational speed and phase of the rotor (1) by a key phaser sensor (KS) and outputting a rotor rotational frequency (RF) and a rotor rotational speed (RW);
A displacement amount computing step (S30) of receiving the acceleration signal (ai) of the bearing and integrating the acceleration signal (ai) of the bearing housing to calculate a displacement amount (xt) on the time axis;
The rotor rotation frequency RF and the displacement amount xt on the time axis are subjected to a fast Fourier transform of the displacement amount xt on the time axis in synchronization with the rotation frequency RF of the rotor, A foundation 1X displacement value calculating step (S40) of calculating a foundation 1X displacement value (FX) in a bearing housing having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one multiple;
The rotating device is connected to a rotor mass matrix M R , a rotor stiffness matrix K R , a rotor damping matrix C R , a bearing stiffness matrix K B , and a bearing stiffness matrix K R through physical models of the rotor, A model parameter extraction step (S50) of extracting a model parameter composed of a bearing damping matrix (C B ), a foundation mass matrix (M F ), a foundation rigidity matrix (K F ) and a foundation damping matrix (C F );
The dynamic stiffness matrix Z R of the rotor by the mass matrix M R of the rotor, the stiffness matrix K R of the rotor and the damping matrix C R of the rotor, the stiffness matrix K B of the bearing, Of the foundation by the dynamic stiffness matrix Z B of the bearing by the damping matrix C B of the foundations, the mass matrix M F of the foundations, the foundation stiffness matrix K F and the foundation damping matrix C F , The unbalance force calculated by the physical model of the rotating machine constituted by the dynamic stiffness matrices Z F and the foundation 1X displacement value FX calculated in the Foundation 1X displacement value calculation step S40 A unbalance amount calculating step (S60) of calculating an unbalance amount (e) of the rotating equipment by an unbalance force and a rotor rotating speed (RW) calculated in the rotor rotating speed output step (S20); And
(S70) for determining whether a variation value of the unbalanced amount (e) calculated in the unbalance amount calculation step (S60) is larger than a reference variation value defined by the user, characterized in that the unbalance amount variation step Monitoring method.
로터(1)와, 베어링(3)이 장착된 베어링 하우징(4)과, 베어링 하우징(4)을 지지하는 파운데이션(5)으로 구성된 회전기기의 불평형을 감시하기 위한 회전기기의 불평형 감시장치에 있어서,
상기 베어링 하우징(4) 상부에 장착되어, 상기 회전기기의 운전 중 상기 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 출력하는 가속도센서(AS);
상기 로터(1)의 회전속도와 위상을 측정하여 로터 회전주파수(RF)와 로터 회전속도(RW)를 출력하는 키 페이저 센서(KS);
상기 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 수신받아, 상기 베어링 하우징의 가속도신호(ai)를 적분처리하여 시간축상의 변위량(xt)을 출력하는 적분처리부(10);
상기 로터 회전주파수(RF)와 상기 시간축상의 변위량(xt)을 수신받아 상기 로터의 회전주파수(RF)에 동기되어 상기 시간축상의 변위량(xt)을 고속 푸리에 변환하여 상기 로터의 회전주파수(RF)의 1배수에 해당되는 동기주파수에서의 진폭과 위상을 갖는 베어링 하우징에서 파운데이션 1X 변위값(FX)을 출력하는 고속 푸리에 변환부(20);
상기 회전기기를 로터, 베어링 및 파운데이션의 물리적 모델을 통해 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR), 로터의 감쇠행렬(CR), 베어링의 강성행렬(KB), 베어링의 감쇠행렬(CB), 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)로 구성된 모델 파라미터를 추출하는 모델 파라미터 추출부(30);
상기 모델 파라미터를 저장하는 모델 파라미터 저장부(40);
상기 모델 파라미터 저장부(40)에 저장된 상기 로터의 질량행렬(MR), 로터의 강성행렬(KR) 및 로터의 감쇠행렬(CR)에 의한 로터의 동적강성행렬(ZR)과, 베어링의 강성행렬(KB)과 베어링의 감쇠행렬(CB)에 의한 베어링의 동적강성행렬(ZB)과, 파운데이션의 질량행렬(MF), 파운데이션의 강성행렬(KF) 및 파운데이션의 감쇠행렬(CF)에 의한 파운데이션의 동적강성행렬(ZF)들로 구성된 상기 회전기기의 물리적 모델에 의해 산출되는 불평형력과, 상기 파운데이션 1X 변위값(FX)에 의한 밸런싱 면에서의 불평형력과, 상기 로터 회전속도(RW)에 의해 상기 회전기기의 불평형량(e)을 산출하는 불평형량 산출부(50); 및
상기 불평형량 산출부(50)에서 산출된 불평형량(e)의 변동치가 사용자에 의해 정의된 기준변동치 보다 큰 지를 판단하는 불평형량 변동 판단부(60)를 구비한 것을 특징으로 하는 회전기기의 불평형 감시장치.An unbalance monitoring apparatus for a rotating apparatus for monitoring an unbalance of a rotating apparatus constituted by a rotor (1), a bearing housing (4) equipped with a bearing (3) and a foundation (5) supporting the bearing housing ,
An acceleration sensor (AS) mounted on the bearing housing (4) for outputting an acceleration signal (ai) of the bearing housing during operation of the rotating machine;
A key phaser sensor (KS) measuring the rotational speed and phase of the rotor (1) and outputting a rotor rotational frequency (RF) and a rotor rotational speed (RW);
An integration processing unit (10) receiving an acceleration signal (ai) of the bearing housing and integrating the acceleration signal (ai) of the bearing housing to output a displacement amount (xt) on a time axis;
The rotor rotation frequency RF and the displacement amount xt on the time axis are subjected to a fast Fourier transform of the displacement amount xt on the time axis in synchronization with the rotation frequency RF of the rotor, A fast Fourier transform unit (20) for outputting a foundation 1X displacement value (FX) in a bearing housing having an amplitude and a phase at a synchronous frequency corresponding to one multiple;
The rotating device is connected to a rotor mass matrix M R , a rotor stiffness matrix K R , a rotor damping matrix C R , a bearing stiffness matrix K B , and a bearing stiffness matrix K R through physical models of the rotor, damping matrix of the bearing (C B), the mass matrix of the foundation (M F), the stiffness matrix of the foundation (K F) and model parameters to extract the model parameters consisting of a damping matrix (C F) of the foundation extraction section 30;
A model parameter storage unit (40) for storing the model parameters;
The dynamic stiffness matrix Z R of the rotor by the mass matrix M R of the rotor, the stiffness matrix K R of the rotor and the damping matrix C R of the rotor stored in the model parameter storage unit 40, The dynamic stiffness matrix (Z B ) of the bearing by the bearing stiffness matrix (K B ) and the bearing damping matrix (C B ), the foundation mass matrix (M F ), the foundation stiffness matrix (K F ) damping matrix (C F) dynamic stiffness matrix (Z F) imbalance force in balancing plane due to the unbalanced force and the foundation 1X displacement value (FX) which is calculated by consisting of a physical model of the rotating machine of the foundation according to the (50) for calculating the unbalance amount (e) of the rotating machine by the rotor rotating speed (RW); And
And an unequilibrium quantity variation determination unit (60) for determining whether the unequilibrium quantity (e) calculated by the unequilibrium quantity calculation unit (50) is larger than a reference variation value defined by the user. Monitoring device.
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